Зондирование канала и адаптивная коррекция сигналов в процессе передачи данных по коротковолновому каналу

Размещено на http://www.allbest.ru/

АО «Российский институт мощного радиостроения

Зондирование канала и адаптивная коррекция сигналов в процессе передачи данных по КВ каналу

М.Л. Маслаков

Как известно [1, 2], для передачи данных одночастотными сигналами по коротковолновым (КВ) радиоканалам, характеризующимися нестационарностью характеристик и многолучевым распространением, применяют методы адаптивной коррекции. Для этого осуществляют периодическую вставку известных тестовых сигналов, необходимых для расчета импульсной характеристики (ИХ) канала и коэффициентов корректирующего фильтра (КФ) или эквалайзера. При этом на передачу тестовых сигналов затрачивается от 30 до 50 % временного ресурса [3].

Развитие современных систем передачи данных характеризуется повышающимися требованиями к максимально эффективному использованию выделенного частотно-временномго ресурса радиоканала [3] и повышению информационной скорости передачи данных.

В данной работе авторами представлен подход, заключающийся в совместной передаче тестовых и информационных сигналов.

Метод совместной передачи тестовых и информационных сигналов а. Описание метода

Данный метод предполагает одновременную передачу тестовых и информационных сигналов в одной выделенной полосе частот. При этом амплитуда тестового сигнала меньше амплитуды информационного сигнала и определяется следующим образом:

,

где - коэффициент соотношения амплитуд тестового и информационного сигналов.

Значение коэффициента составляет величину порядка , в результате чего тест является своего рода помехой (рис. 1).

Рис. 1. Схема передающей части

Процесс адаптивной коррекции в предлагаемом подходе предполагает когерентное накопление тестового сигнала. Принимаемый сигнал поступает на вход линии задержки (рис. 2).

Рис. 2. Схема приемной части

При накоплении порядка тестовых сигналов суммарный уровень амплитуды теста составит , а среднеквадратичные амплитуды полученных при когерентном сложении информационных последовательностей, в силу случайности передаваемых информационных символов, будут иметь порядок .

Действительно, при двоичной фазовой манипуляции сумма двух символов с противоположными фазами равна нулю, а задачу суммирования равновероятных символов можно сформулировать как случайное блуждание по прямой. В свою очередь символы тестовой последовательности будут складываться с одинаковой фазой, т.е. когерентно. Таким образом, на выходе сумматора имеем:

,

где - принимаемый сигнал на интервале времени ; - длительность тестового сигнала.

Сигнал - представляет собой накопленный когерентно тестовый сигнал на фоне информационного сигнала, используемый для расчета ИХ канала и ИХ корректирующего фильтра.

Расчет ИХ канала и корректирующего фильтра следует проводить достаточно часто (каждый раз на длительности, где - целое число), «двигаясь» по принимаемому сигналу скользящим окном. Для этого можно применить схему осуществления подстройки коэффициентов КФ, описанную в [4]. импульсный сигнал информационный данный

По полученному в результате накопления сигналу производится расчёт ИХ канала и параметров корректирующего фильтра, после чего производится коррекция информационного сигнала, при этом имеется возможность вычесть тестовый сигнал перед процедурой демодуляции, уменьшив его влияние в качестве помехи, т.е.

,

где - откорректированный сигнал, представляющий собой смесь тестового и информационного сигналов; - тестовый сигнал.

б. Выбор параметров и

Метод совместной передачи тестовых и информационных сигналов требует решения следующих задач: выбор оптимального значения амплитуды тестового сигнала (т.е. коэффициента ) и выбор количества складываемых тестовых сигналов . Очевидно, что выбор данных значений связан с параметрами модели канала связи.

Так, число накоплений связано с интервалом корреляции канала. При этом надо отметить, что данный метод требует сложения достаточного количества сигналов на длительности теста, такого, чтобы, значение отношения сигнал/помеха для суммарного тестового сигнала обеспечивало расчет коэффициентов ИХ КФ с приемлемой точностью. При этом полагаем суммарный информационный сигнал - помехой. Оценку значения можно дать следующим образом:

.

Так, например, при сложении тестовых сигналов и значении (для ФМ-2 сигнала с несущей частотой 1800 Гц и символьной скоростью 1600 симв/с) приходим к значению дБ.

Однако, с учетом наличия аддитивного шума, который будем полагать белым гауссовским шумом, приходим к следующей оценке для эквивалентного значения отношения сигнал/шум (ОСШ) суммарного тестового сигнала:

,

где - мощность элементарного символа передаваемого сигнала; - дисперсия аддитивного белого гауссовского шума.

При этом ОСШ в канале связи определяется как:

.

Выбор оптимального значения зависит от числа складываемых тестовых сигналов. Причем, при значении интервала корреляции больше - значение тем меньше, чем больше .

Так, полагая значение интервала корреляции канала равным 1 с, значение для сигнала составляет величину порядка 6,5-7 дБ при значении ОСШ в канале дБ.

На рис. 3 приведены зависимости вероятности ошибки на бит от коэффициента амплитуды тестового сигнала при и при значении ОСШ в канале дБ.

Рис. 3. Зависимости вероятности ошибки на бит от для метода совместной передачи тестовых и информационных сигналов при: 1 - ; 2 -

Результаты моделирования помехоустойчивости

Рассмотрим помехоустойчивость передачи данных в двухлучевом канале для метода совместной передачи тестовых и информационных сигналов. При моделировании значение интервала корреляции составляло 1-1,5 с. Такая модель может соответствовать коротким КВ трассам (до 50 км), в которых присутствует земная и ионосферные волны. На рис. 4 приведены зависимости вероятности ошибки на бит от ОСШ для двухпозиционных фазоманипулированных сигналов в канале при различных значениях коэффициента амплитуды тестового сигнала и числе накопления .

Кроме того, передаваемый сигнал при частоте следования символов 1600 симв/с занимает полосу 3,2 кГц. При этом используемая ширина канала ТЧ равна 3,1 кГц. Поэтому автором предложено осуществить смещение несущей частоты тестового сигнала на величину кратную интервалу ортогональности тестового сигнала, определяемую следующим образом:

.

В этом случае тестовый сигнал также позволяет оценить ИХ канала во всей используемой полосе частот. При этом получаемый выигрыш в помехоустойчивости (кривая 2, рис. 4), при прочих равных, составляет порядка 2-3 дБ.

Рис. 4. Зависимости вероятности ошибки на бит от ОСШ для метода совместной передачи тестовых и информационных сигналов при одинаковой частоте несущей тестового и информационного сигналов (кривая 1) и сдвинутых частотах несущей тестового и информационного сигналов (кривая 2) для: (а) - , ; (б) - ,

Заключение

Таким образом, метод совместной передачи тестовых и информационных сигналов может быть применен в каналах связи с большим интервалом корреляции, что имеет место, например, для коротких КВ радиотрасс при наличии земной и ионосферных волн. При этом метод позволяет осуществлять зондирование канала связи и подстройку коэффициентов КФ без прерывания информационного потока, тем самым обеспечивая повышение информационной скорости передачи данных в среднем на 30%, по сравнению с классическими системами передачи данных с адаптивной коррекцией сигналов. На представленные методы получены 2 патента РФ на полезную модель № 168000 [5] и № 172181 [6].

Литература

1. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Савицкий О.К. Современная декаметровая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы. М.: Радиотехника, 2011. - 444 с.

2. Johnson E.E., Koski E., Furman W.N., Jorgenson M., Nieto J. Third-Generation and Wideband HF Radio Communications. Artech House, 2013. - 250 p.

3. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие. М.: Эко-Трендз, 2005. - 392 с.

4. Егоров В.В., Маслаков М.Л., Мингалёв А.Н. Совместная передача тестовых и информационных последовательностей в системах последовательной передачи данных с адаптивной коррекцией // 14-я Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и её применение - DSPA 2012». Т. 1. Москва. 28-30 марта 2012. - С. 142-145.

5. Егоров В. В., Катанович А. А., Лобов С. А. Устройство совместной передачи информации и тестовых сигналов в каналах с межсимвольной интерференцией. RU 168000 U1, заяв. 08.07.2016, опубл. 16.01.2017.

6. Егоров В. В., Катанович А. А., Лобов С. А. Устройство совместной передачи информации и тестовых сигналов со сдвигом по частоте в каналах с межсимвольной интерференцией. RU 172181 U1, заяв. 14.02.2017, опубл. 30.06.2017.

Аннотация

Рассмотрены задачи расчета импульсной характеристики канала и адаптивной коррекции сигналов при совместной передаче тестовых и информационных сигналов. Показаны результаты численного моделирования.

Ключевые слова: зондирование радиоканала, импульсная характеристика, адаптивная коррекция, передача данных.

The problems of calculating the channel impulse response and adaptive signal correction with the joint transmission of probe and information signals are considered. Results of numerical simulation are shown.

Keywords: channel estimation, impulse response, adaptive correction, data transfer.

Размещено на Allbest.ru